沪科选修31 洛伦兹力与现代科技 作业.doc

课时分层作业(二十一)洛伦兹力与现代科技 基础达标练(15分钟50分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1(多选)一个运动电荷通过某一空间时，没有发生偏转，那么就这个空间是否存在电场或磁场，下列说法中正确的是()a一定不存在电场b一定不存在磁场c可能存在磁场d可能既存在磁场，又存在电场cd运动电荷没有发生偏转，说明速度方向没变，此空间可以存在电场，如运动方向与电场方向在同一直线上，也可以存在磁场，如v平行于b，也可能既有电场，又有磁场，如正交的电磁场，qeqvb时，故c、d对2. (多选)如图5618所示，在平行带电金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场，质子、氘核、氚核沿平行金属板方向以相同动能射入两板间，其中氘核沿直线运动未发生偏转，质子和氚核发生偏转后射出，则() 【导学号：69682296】图5618a偏向正极板的是质子b偏向正极板的是氚核c射出时动能最小的是质子d射出时动能最大的是氚核acd三个粒子射入时动能相同，由ekmv2得质量与速度的平方成反比三个粒子射入复合场中，都受到向下的电场力和向上的洛伦兹力，其中氘核沿直线运动未发生偏转，则有bqvqe，则v.而质子bqvqe，向上偏转，运动过程中，洛伦兹力不做功，电场力做负功，射出时动能减少同理可得，氚核bqvqe，向下偏转，运动过程中，电场力做正功，射出时动能增加选项a、c、d正确，b错误3.如图5619所示是质谱仪示意图，它可以测定单个离子的质量，图中离子源s产生带电荷量为q的离子，经电压为u的电场加速后垂直射入磁感应强度为b的匀强磁场中，沿半圆轨道运动到记录它的照相底片p上，测得它在p上位置与a处水平距离为d，则该离子的质量m大小为()图5619a.b.c. d.a粒子经过加速电场过程中由动能定理得qumv2.在匀强磁场中粒子做圆周运动的半径为，则有.联立以上两式解得m.4(多选)如图5620是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个d形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连现分别加速氘核(h)和氦核(he)下列说法中正确的是() 【导学号：69682297】图5620a它们的最大速度相同b它们的最大动能相同c它们在d形盒内运动的周期相同d仅增大高频电源的频率，可增大粒子的最大动能ac根据qvmb，得vm，ekmmv，可见它们的最大速度相同而最大动能不同，a正确，b错误最大动能与频率无关，d错误两种粒子运动的周期相同，c正确5(多选)下列各选项中虚线空间存在由匀强电场e和匀强磁场b组成的正交或平行的电场和磁场，有一个带正电小球(电荷量为q，质量为m)从正交或平行的电磁混合场上方的某一高度自由落下，那么，带电小球可能沿直线通过的是()cd带电小球进入复合场时受力情况：其中只有c、d两种情况下合外力可能为零或与速度的方向相同，所以有可能沿直线通过复合场区域，a项中力qvb随速度v的增大而增大，所以三力的合力不会总保持在竖直方向，合力与速度方向将产生夹角，做曲线运动6. (多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域如图5621是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度b垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流i，c、d两侧面会形成电势差ucd，下列说法中正确的是() 【导学号：69682298】图5621a电势差ucd仅与材料有关b若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差ucd0c仅增大磁感应强度时，电势差ucd变大d在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平bc电势差ucd与磁感应强度b、材料有关，选项a错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，由左手定则可知，电子向c侧面偏转，则电势差ucd0，选项b正确；仅增大磁感应强度时，电势差ucd变大，选项c正确；在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直且东西放置，选项d错误二、非选择题(14分)7.质谱仪原理如图5622所示，a为粒子加速器，电压为u1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为b1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为b2.今有一质量为m、电荷量为e的正粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动求：图5622(1)粒子的速度v为多少？(2)速度选择器的电压u2为多少？(3)粒子在b2磁场中做匀速圆周运动的半径r为多大？【解析】(1)在a中，e被加速电场u1加速，由动能定理有eu1mv2解得v.(2)在b中，e受的电场力和洛伦兹力大小相等，即eevb1，代入v值解得u2b1d.(3)在c中，e受洛伦兹力作用而做圆周运动，回转半径r，代入v值解得r .【答案】(1)(2)b1d(3) 能力提升练(25分钟50分)一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)1如图5623，空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电场和磁场相互垂直在电、磁场区域中，有一个竖直放置的光滑绝缘圆环，环上套有一个带正电的小球o点为圆环的圆心，a、b、c为圆环上的三个点，a点为最高点，c点为最低点，ob沿水平方向已知小球所受电场力与重力大小相等现将小球从环的顶端a点由静止释放下列判断正确的是()【导学号：69682299】图5623a当小球运动的弧长为圆周长的1/4时，洛伦兹力最大b当小球运动的弧长为圆周长的1/2时，洛伦兹力最大c小球从a点到b点，重力势能减小，电势能增大d小球从b点运动到c点，电势能增大，动能先增大后减小d从圆心沿重力与电场力的合力的方向作直线，可找出等效最低点，当小球运动到此点时速度最大，洛伦兹力最大，a、b错；小球从a点到b点，重力和电场力都做正功，相应的势能都是减小的，c错；等效最低点在b、c之间，故d正确2如图5624所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为a、b两束，下列说法中正确的是()图5624a组成a、b两束的离子都带负电b组成a、b两束的离子质量一定不同ca束离子的比荷大于b束离子的比荷d速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外c由左手定则可知，组成a、b两束的离子均带正电，a错经过速度选择器后两束离子的速度相同，两束离子在磁场中做圆周运动的半径不同，ra，故c对组成a、b两束的离子质量可能相同，故b错在速度选择器中，粒子带正电，电场力的方向向右，洛伦兹力的方向向左，由左手定则知磁场方向垂直纸面向里，d错3(多选)磁流体发电是一项新兴技术如图5625所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场图中虚线框部分相当于发电机把两个极板与用电器相连，则() 【导学号：69682300】图5625a用电器中的电流方向从a到bb用电器中的电流方向从b到ac若只增强磁场，发电机的电动势增大d若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大acd由左手定则知正离子受力向上偏，上极板带正电，用电器中的电流方向从a到b，故a对，b错；磁流体发电机产生的电动势可等效成长为板间距离l的导体切割磁感线产生的电动势eblv，故c、d对4(多选)如图5626所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压u加速后，水平进入互相垂直的匀强电场e和匀强磁场b的复合场中(e和b已知)，小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则()图5626a小球可能带正电b小球做匀速圆周运动的半径为rc小球做匀速圆周运动的周期为td若电压u增大，则小球做匀速圆周运动的周期增加bc因小球做匀速圆周运动，所以重力和电场力二力平衡，合外力等于洛伦兹力且提供向心力，小球只能带负电，a错误；由bvq，uqmv2，t及eqmg，可得r，t，b、c正确由t可知，电压u增大，小球做匀速圆周运动的周期不变，所以d错误二、非选择题(本题共2小题，共26分)5(10分)在x轴上方有匀强电场，场强为e，在x轴下方有匀强磁场，磁感应强度为b，方向如图5627所示在x轴上有一点m，离o点距离为l，现有一带电量为q的粒子，从静止开始释放后能经过m点，求如果此粒子在y轴上静止释放，其坐标应满足什么关系？(重力忽略不计)图5627【解析】要使带电粒子从静止释放后能运动到m点，必须把粒子放在电场中a点先加速才行，当粒子经加速后以速度v进入磁场，在磁场中只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，运动半周后到达b点，再做减速运动，上升到与a点等高处，再返回做加速运动，到b点后又以速度v进入磁场做圆周运动，半径与前者相同，以后重复前面的运动，从图中可以看出，要想经过m点，om距离应为直径的整数倍，即满足2rnl.2rnl r eqymv2 联立可得：y(n1、2、3、)【答案】y(n1、2、3、)6(16分)如图5628所示，有一对平行金属板，两板相距为0.05 m，电压为10 v；两板之间有匀强磁场，磁感应强度大小为b00.1 t，方向与金属板平行并垂直于纸面向里图中右边有一半径r为0.1 m、圆心为o的圆形区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为b t，方向垂直于纸面向里一正离子沿平行于金属板面，从a点垂直于磁场的方向射入平行金属板之间，沿直线射出平行金属板之间的区域，并沿直径cd方向射入圆形磁场区域，最后从圆形区域边界上的f点射出已知速度的偏向角，不计离子重力求：图5628(1)离子速度v的大小；(2)离子的比荷；(3)离子在圆形磁场区域中运动时间t.【导学号：69682301】【解析】(1)离子在平